JPH0326929A - 感温センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は感温センサ、特に急激な温度変化の検知に通
した感温センサに関する。

〔従来の技術〕

火災や生産機械の異常時における急激な温度上昇（急激
な温度変化）を検出し警報を発する装置がある。このよ
うな装置には、急激な温度上昇を捉えるための感温セン
サが使われている。

従来、この種の感温センサとして、小孔を有するダイア
フラムと同ダイアフラムの動きにより開閉動作させられ
る電気接点を備えた感温センサが実用に供されている。

緩やかな温度上昇に対しては、ダイアプラム内で気体が
膨張により増加しても増加した分の気体は小孔を通して
外部に逐次放出され、ダイアフラムが大きく膨らむよう
なことはない。しかし、急激な温度上昇に対しては、全
ての増加した気体を直ちに小孔から外部に放出すること
ができないため、ダイアフラムが大きく膨らみ、この動
きに伴って電気接点の接続状態が切り換えられる．この
電気接点の接続状態の切り換えにより、急激な温度上昇
のあったことが検知できる。

サーξスタを利用した感温センサもある．この感温セン
サは、突出する２本の棒状体にそれぞれ別個に取りつけ
られたサーミスタを備えた構或をとっており、急激な温
度変化のあった際、両サーξスタの抵抗値に差がつくよ
うになっている．この感温センサを用いた装置では、両
サーミスタの出力差を監視するようにしており、緩やか
な温度上昇に対しては両サーミスタの出力差はわずかで
あるが、急激な温度変化に対しては両サーミスタの出力
差が大きくなるため、これを捉えることにより急激な温
度上昇のあったことを検知することができる。

〔発明が解決，しようとする課題〕

しかしながら、前記のダイアフラムを利用した感温セン
サは、小型化しに＜＜、腐食性雰囲気に弱く、さらには
、塵埃の多い雰囲気等では小孔が詰まりやすく信頼性に
乏しいといった問題がある一方、サーミスタを利用した
感温センサは、サー主スタ間で温度の上がり方に差を出
すためのサーミスタ配置が難しく、突出した棒状体にサ
ー主スタを固定するなどしているため、小型化にも限度
があり、機械的強度も低く信頼性に乏しいといった問題
がある。

この発明は、上記事情に鑑み、小型化に通しており、信
頼性の高い構造を有し、急激な温度変化を確実に検知す
ることのできる感温センサを提供することを課題とする
。

〔課題を解決するための手段〕

前記課題を解決するため、請求項１〜４記載の感温セン
サは、第１図、あるいは、第２図にみるように、厚みの
薄い（ｌ）部分Ａを有する基板ｌがヒートシンク２に取
り付けられ、前記基板における厚みの薄い部分Ａと厚み
の厚い（ｌ′）部分Ａ′にそれぞれ感温部ｓ，ｓ’を設
けるようにしている． 厚みの薄い部分Ａは、通常、Ｉｏｎ以下、より好ましく
は約０．０５〜１　ａｍ程度の厚み範囲にある．余り薄
いと強度が不足する。余り厚いと、例えば、酸化物層や
窒化物層の形成に時間がかかり過ぎる。厚みの厚い部分
Ａ′は、数百一程度、好ましくは約４００〜６００ｎの
厚み範囲にある．余り薄いと基板取り扱いが困難である
。余り厚いと、例えば、シリコン板を用いる場合など、
基板価格が高くなりすぎる。

ヒートシンク（吸熱体）２としては、例えば、金属基材
が使われる。

請求項２記載の感温センサは、加えて、基板ｌが厚みの
厚い半導体１’ｉ！ｌｂに絶縁層１ａが積層されてなる
構威であって、前記絶縁層１ａが酸化物、窒化物のうち
の少なくともひとつで形成されており、厚みの薄い部分
Ａが前記絶縁層１ａのみからなるようにしている． 絶縁Ｎｌａの具体的態様としては、１〜複数の酸化物層
のｔｉ威、Ｉ〜複数の窒化物層の構成、Ｌ〜複数の酸化
物層と１〜複数の窒化物層を適宜に積層してなる構威等
がある。また、酸化物としては、シリコン酸化物等が例
示され、窒化物としては、シリコン窒化物等が例示され
る。

請求項３記載の感温センサは、加えて、基板１をシリコ
ン板を用いて形戒するようにしている。

請求項４記載の感温センサは、加えて、感温部ｓ，ｓ’
が測温用薄膜抵抗体３を有しており、同薄膜抵抗体３を
、金、プラチナのうちの少なくともひとつで形戒するよ
うにしている。

なお、この発明にかかる感温センサは、上記例示の材料
や図示の構造に限定されるものでないことはいうまでも
ない。

〔作　　　用〕

この発明の感温センサでは、急激な温度上昇があった際
、基板の厚みの薄い部分は、厚みの厚い部分よりも速く
温度が上昇する。厚みの薄い部分は厚みの厚い部分より
も熱容量が極めて小さくて昇温速度が速い。したがって
、急激な温度上昇のあった場合、厚みの薄い部分と厚−
みの厚い部分の間に大きな温度差が生ずる。そのため、
厚みの薄い部分の感温部からの信号と、厚みの厚い感温
部からの信号の間には大きな信号差が出来る．この大き
な信号差を捉えれば、急激な温度変化（急激な温度上昇
あるいは急激な温度低下）のあった場合のみを、確実に
検知することができる．ヒートシンクは、全体の熱容量
が基板全体の熱容量に比べ大きく、急激な温度変化を受
けた際に直ちに昇温することなく基板における厚みの厚
い部分の熱を有効に吸収し、急激な温度上昇のあった際
、厚みの薄い部分と厚みの厚い部分の間により効果的に
大きな温度差がつくように働く。

勿論、緩やかな温度変化に対しては、厚みの薄い部分と
厚みの厚い部分の間に大きな温度がつかないため、ふた
つの感温部からの信号間の差は極く僅かでしかない． このように、この感温センサは、急激な温度変化を選択
的に確実に検知するセンサとして使うことができるので
ある． また、複数の感温部を有する基板がヒートシンクに取り
付けられてなる構造は、十分に信頼性があり、小型化に
通ずる。例えば、感温部を基板表面に形成された測温用
薄膜抵抗体でもって構威すれば、極めて小型にすること
ができる．厚みの薄い部分が酸化物や窒化物のみで形成
されていれば、そのまま絶縁層となり、耐環境性に優れ
、熱伝導の面からも好都合である．また、基板材料とし
てシリコン板を用いる場合、シリコン板に異方性エッチ
ングにより掘り込み部分を設けることにより簡単に淳み
の薄い部分を作ることができるし、感温部の信号処理回
路用のトランジスタ等の半導体素子を併設することも可
能である．しかも、シリコンは比較的熱伝導性がよいた
め、ヒトーシンクへの熱伝達が円滑になされる． さらに、薄膜抵抗体が、金やプラチナのうちの少なくと
もひとつで形戒されていると、温度変化に対して直線性
のよい信号出力を感温部から得ることができるため、信
号処理がし易い。

（実　施　例〕 以下、この発明にかかる感温センサの一例を、、第１図
ないし第３図を参照しつつ、製造の段階から説明する． まず、シリコン半導体基板の両面に、酸化物膜、窒化物
欣、あるいは、窒化物膜と酸化物膜の積層膜を、熱酸化
、スパッタリング（蒸着）、ＣＶＤ等の方法により形戒
する。

ついで、シリコン半導体基板の裏面の膜の一部を、選択
的にエッチング除去し窓明けを行った後、例えば、選択
性のあるエッチング液（酸化物膜や窒化物膜は殆どエッ
チングしないがシリコンはよくエッチングする液）を用
い、窓の部分を表面の酸化膜あるいは窒化膜の下まで掘
り下げる．凹部１ｃを形成するのである．凹部１ｃ底の
酸化膜あるいは窒化膜の部分が、基板１における厚みの
薄い部分Ａとなる。゛勿論、表面に残る膜は、絶縁Ｊ’
ｉ！　１　ａであり、エッチングされなかったシリコン
部分は厚みのある半導体層１ｂである。

このようにして、基板１が得られる。

基板１を得た後、スパッタリング、あるいは、真空蒸着
等の方法でプラチナあるいは金等の薄膜抵抗体材料膜を
絶縁屓１ａの上に形成する。ついで、湿式エッチングや
ドライエッチング等の方法によりパターンニングするこ
とにより、測温用薄膜抵抗体３、３を基板１の厚みの薄
い部分Ａと厚い部分Ａ′のそれぞれに形成し、感温部ｓ
，ｓ’を設ける。

その後、結露の影響を受けないようにするための絶縁膜
４を薄膜抵抗体３形成面全面に積層した後、基板（シリ
コンチップ）１自体を、同基板ｌよりも大きな熱容量の
ヒートシンク２に接着するなどして取り付ければ、感温
センサが完威する。

なお、ａｌ膜抵抗体の両端にはリード線の取り付け等も
適宜になされることはいうまでもない．第３図は、上記
の感温センサにおいて、急激な温度上昇のあった際、感
温センサにおけるそれぞれの感温部の温度特性を示す。

曲線ａが厚みの薄い部分の温度特性をあらわし、曲線ｂ
が厚みの厚い部分の温度特性をあらわす。この第３図か
ら分かるように、急激な温度上昇のあった場合、１０秒
前後で非常に大きな温度差が両感温部の間に生じており
、急激な温度上昇を確実に検知できることが分かる． 〔発明の効果〕 以上に述べたように、請求項１〜４記載の感温センサは
、厚みの薄い部分を有する基板がヒートシンクに取り付
けられ、前記基板における厚みの薄い部分と厚みの厚い
部分にそれぞれ感温部が設けられてなる構成をとってお
り、小型化に通していて、信頼性が高く、急激な温度変
化を確実に検知することのできるため、実用性が高い。

請求項２記載の感温センサは、厚みの薄い部分が酸化物
や窒化物のみからなるため、厚みの薄い部分の耐環境性
が高い． 請求項３記載の感温センサは、基板がシリコン板を用い
て作威されているため、基板からヒートシンクへの熱伝
達が円滑になされる。

請求項４記載の感温センサば、感温部から得られる信号
が対温度直線性に優れるため、利用し易い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明にかかる感温センサの一例の要部外
観をあらわす斜視図、第２図は、この感温センサの要部
の概略断面図、第３図は、急激な温度上昇を受けた際の
感温センサの各感温部における時間経過に伴う温度変化
の様子をあらわすグラフである。 １・・・基板　　２・・・ヒートシンク　　３・・・測
温用薄膜抵抗体　　Ａ・・・厚みの薄い部分　　Ａ′・
・・厚みの厚い部分　　ｓ，ｓ’・・・感温部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　厚みの薄い部分を有する基板がヒートシンクに取り
   付けられ、前記基板における厚みの薄い部分と厚みの厚
   い部分にそれぞれ感温部が設けられている感温センサ。 ２　基板が厚みの厚い半導体層に絶縁層が積層されてな
   る構成であって、前記絶縁層が酸化物、窒化物のうちの
   少なくともひとつで形成されており、厚みの薄い部分が
   前記絶縁層のみからなる請求項１記載の感温センサ。 ３　基板がシリコン板を用いて形成されている請求項１
   または２記載の感温センサ。 ４　感温部が測温用薄膜抵抗体を有しており、同薄膜抵
   抗体が、金、プラチナのうちの少なくともひとつで形成
   されている請求項１から３までのいずれかに記載の感温
   センサ。